發(fā)力高端工業(yè)市場，兆易布局綠色能源“芯”應用

進入2023年，工業(yè)4.0背景下工業(yè)控制市場的產(chǎn)業(yè)鏈各級廠商全面發(fā)力，不斷加速工業(yè)制造在數(shù)字化、智能化、綠色化等發(fā)展方向上的推陳出新。據(jù)Prismark統(tǒng)計，2019-2023年全球工業(yè)控制市場規(guī)模年均復合增長率為3%，預計2023年全球工業(yè)控制的市場規(guī)模將達到2600億美元。此外，據(jù)Yole Development統(tǒng)計，存儲器細分領域NOR Flash在2021年的市場規(guī)模為35億美元，預計2027年增長至49億美元，年均復合增長率約為6%。可以預見，MCU芯片、嵌入式存儲器等作為工業(yè)控制領域的核心部件，市場需求量持續(xù)攀升，眾多上游原廠也在爭先發(fā)力，各自推出更高性能、更高可靠性的產(chǎn)品以搶占市場先機。

在7月舉辦的2023年慕尼黑上海電子展，業(yè)界領先的半導體器件供應商兆易創(chuàng)新GigaDevice（以下簡稱兆易創(chuàng)新）以存儲器、微控制器、傳感器和電源芯片為生態(tài)的產(chǎn)品布局，展示了50余款最新的解決方案，其中工業(yè)主題展區(qū)正是圍繞當下熱門的工業(yè)控制、綠色能源等市場應用提供行業(yè)賦能，與現(xiàn)場國內外一眾廠商同臺競秀。

圖1：兆易創(chuàng)新重磅亮相慕尼黑上海電子展

GD32H7全新登場，超高端國產(chǎn)MCU瞄準工業(yè)級市場

首當其沖的，自然是重磅新品——GD32H7系列。GD32H7系列是兆易創(chuàng)新在2023年5月推出的國內首顆基于Arm^? Cortex^?-M7內核的MCU產(chǎn)品，主頻最高可達600MHz，搭配高達4MB的片上Flash和1MB的SRAM，具有512KB超大緊耦合內存和64KB的L1-Cache高速緩存，并集成硬件DSP、雙精度FPU、硬件三角函數(shù)加速器TMU和濾波算法加速器FAC等功能，這些內置資源可以大幅度地提升處理效率和實時性。在實際應用場景中，例如實現(xiàn)工業(yè)機器人精準的方向位移、動作順序等，要求對電機進行愈加復雜、精細和更低延遲的控制，GD32H7可以從容應對對MCU性能、功能、實時性、接口速率等提出的新挑戰(zhàn)。

圖2：GD32H7全功能評估板

展臺工作人員介紹道，GD32H7系列擁有豐富的USART、I2C、SPI等通用的串口外設資源以及高速的CAN-FD、工業(yè)以太網(wǎng)等接口，片上集成了2個采樣速率高達4MSPS的14位ADC，1個采樣速率高達5.3MSPS的12位ADC，這些特性在電機控制、光伏儲能等應用中可以提供高精度采樣率和快速響應，同時也適用于工業(yè)網(wǎng)卡、變頻器、伺服器、數(shù)字信號處理，乃至大型民用無人機等應用。

當然，數(shù)據(jù)安全也是智能工廠的必備要素。兆易創(chuàng)新GD32H7系列提供了多種安全加密功能，包括DES、三重DES、AES算法及哈希算法，集成RTDEC模塊，可進一步保護連接到AXI或AHB總線的外部存儲器的數(shù)據(jù)安全，防止在工廠和現(xiàn)場的通信過程中受到的威脅，確保物聯(lián)網(wǎng)硬件數(shù)據(jù)安全。

存儲與控制并駕齊驅，兆易創(chuàng)新拓寬綠色能源應用布局

在雙碳政策的推動下，光伏、儲能等綠色能源產(chǎn)業(yè)迎來飛速發(fā)展。據(jù)悉，兆易創(chuàng)新正在積極開拓能源產(chǎn)業(yè)從發(fā)電、儲電、用電等環(huán)節(jié)的應用布局，以滿足不斷增長的市場需求。例如在發(fā)電側，兆易創(chuàng)新展示了搭配GD25Q系列SPI NOR Flash的光伏逆變器。由于光伏逆變器通常工作在復雜惡劣的工業(yè)環(huán)境中，這就對各器件的穩(wěn)定性提出了嚴苛的要求。兆易創(chuàng)新GD25Q系列NOR Flash具備在-40℃~125℃的環(huán)境溫度下、保證穩(wěn)定運行的優(yōu)異特性，可以提供高可靠存儲來確保用戶數(shù)據(jù)和信息安全。展臺工作人員表示，搭載GD25Q系列NOR Flash的逆變器已經(jīng)廣泛應用于光伏和風電發(fā)電系統(tǒng)，并且和國內多家客戶合作，銷往北美、歐洲和全球其他地區(qū)，持續(xù)為綠色能源產(chǎn)業(yè)貢獻力量。

不僅如此，光伏逆變器的目的是從太陽能板中提取最大功率，并且將清潔能源饋入電網(wǎng)。為了確保這一點，功率級電壓和電流必須被準確采樣，并且需要為DC-DC和DC-AC中的電源開關準確生成脈寬調制(PWM)，這一過程也需要主控制器協(xié)助完成。隨著微型逆變器的興起，以及供貨保障和降本增效的需求，不少逆變器廠商開始采用高性能MCU替代傳統(tǒng)的DSP，兆易創(chuàng)新可根據(jù)應用需求提供包含GD25系列NOR Flash以及GD32系列MCU在內的多種產(chǎn)品組合，打造靈活可配、更具競爭力的逆變器解決方案。

在用電側，電源管理方案是提高系統(tǒng)整機電源轉換效率的一環(huán)。數(shù)字電源作為一種基于數(shù)字信號處理技術的電源，可以通過高效的數(shù)字控制方式，實現(xiàn)各種電壓、電流輸出的精確調節(jié)和穩(wěn)定性控制，具有更高的可編程性、自動化程度和抗干擾能力，因此成為電源方案的新趨勢。在兆易創(chuàng)新展臺，就有這么一款數(shù)字電源方案引發(fā)了行業(yè)觀眾們的圍觀與熱議——基于GD32E503R打造的SMPS(PFC+LLC)開關電源解決方案。

圖3：SMPS(PFC+LLC)開關電源解決方案

該方案采用有橋PFC+半橋LLC拓撲，最大功率達到500W，整機最大效率90.85%。值得一提的是，強弱電兩側分別由兩顆GD32MCU控制：PFC使用GD32E230C控制，輸入220V交流電，輸出415V直流電壓，PFC最大效率95.40%；LLC 使用GD32E503R控制，輸入415V直流電壓，輸出24V直流電壓，LLC最大效率96.04%。其中，GD32E503R采用SHRTIMER控制LLC MOS管的頻率變化，使得控制精度更高。該方案具有過壓、欠壓、過流、過溫等保護功能，可廣泛應用于工業(yè)領域中SMPS、戶外電源、數(shù)據(jù)中心/通訊基站電源模塊。

此外，兆易創(chuàng)新展示的3.3KW雙向DC/DC解決方案也同樣出色，這是一款基于GD32F3和GD32E5系列的CLLLC直流變換器。該方案在PFC部分使用了氮化鎵(GaN)功率器件，另一側則使用碳化硅(SiC)功率器件，結構緊湊變壓效率高，更加符合當前業(yè)界采用第三代半導體器件的電源設計趨勢，非常適用于各類儲能和配電系統(tǒng)的數(shù)字電源方案。GD32F330/E230便攜式雙向儲能系統(tǒng)解決方案也是焦點展示之一，其基于GD32E230設計儲能DC控制板、GD32F330設計MTTP充電板，輸出電壓和功率可調，最高可達3KW，優(yōu)化的算法也提供了更好的跟蹤效率和安全保護機制，使之在戶外電源應用中備受關注。

圖4：便攜式雙向儲能系統(tǒng)解決方案

當前，隨著工業(yè)4.0、光伏、儲能等新興應用的崛起，兆易創(chuàng)新積極布局并不斷發(fā)力，突破了工業(yè)類應用半導體市場的傳統(tǒng)格局和技術壁壘，取得了可觀的市場份額，表明本土廠商在高端、高性能、高可靠性要求的芯片設計能力正在邁向一線梯隊，并且在不少垂直應用收獲了長期市場驗證的底氣與實力。

展臺工作人員表示，新基建、雙碳等領域是兆易創(chuàng)新長期關注并且布局的重點行業(yè)之一。為了迎接這一波可再生能源的新浪潮，兆易創(chuàng)新不斷開拓存儲器、微控制器、電源芯片等產(chǎn)品線，致力打造完善的產(chǎn)品生態(tài)布局，加快客戶與市場驗證，積累行業(yè)應用經(jīng)驗，從而為蓄勢而發(fā)的增量市場注入創(chuàng)新源動力。